模糊控制原理课件优秀课件
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E ke(eeH2 eL) EC k ec (e ceH c2 eL c)
式中，< >代表取整运算（四舍五入）。
3.1 模糊控制的基本原理
输入量和输出量论域的设计
模糊控制器的输出U可以通过下式转换为实际的输出值u：
ukuUuH2uL
Ke选的较大时，系统的超调变大，过渡过程变长。 Ke增大， 相当于缩小了误差的基本论域，增大误差变量的控制作用。
Kec选的较大时，系统的超调变小，系统的响应速度变慢。
Ku选的过小时，系统动态响应过程变长，选择过大会导致系 统振荡。 Ku影响着控制器的输出，能过调整Ku可以改变被控 对象输入的大小。
3.1 模糊控制的基本原理
对输入量进行模糊化处理，包括确定语言变量和隶属函数
确定语言变量的语言值 通常在语言变量的论域上，将其划分为有限的几档。 例如，可将E、EC和U的划分为 {“正大（PB）”，“正中(PM)”，“正小（PS）”， “零（ZO）”，“负小（NS）”，“负中（NM）”， “负大（NB）”}七档。
模糊控制原理课件
第三章 模糊控制原理
模糊控制的基本原理 模糊控制系统的分类 模糊控制器设计 模糊控制的应用
第三章 模糊控制原理
3.1 模糊控制的基本原理
3.1.1 模糊基本思想
模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础 的一种智能控制方法，它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过 程的一种智能控制方法。
模糊化
将输入的精确量转化成为模糊量的过程称为模糊化
模糊化步骤
确定符合模糊控制器要求的输入量和输出量 常用的输入量是系统输出的误差（e）和误差的改变量 （ec），而输出量就是控制量（u）。
3.1 模糊控制的基本原理
模糊化
输入量和输出量论域的设计
基本论域
e ec u 的实际范围称为这些变量的基本论域
模糊化处理方法
模糊单点或单点模糊集合
如果输入值x0是准确的，那么通常将其模糊化为模糊单点，
即
A(x)10
xx0 xx0
离散化的输入论域 将确定的隶属函数曲线离散化，得到有限个点上的隶属度， 便构成了一个相应的模糊变量的模糊子集。
3.1 模糊控制的基本原理
有关论域的选择问题，一般误差论域m≥6，误差变化 论域n≥6，控制量的论域l≥7。
这是因为语言变量的词集多半选为七个（或八个）这 样能满足模糊集论域中所含元素个数为模糊语言词集 总数的二倍以上，确保模糊集能较好地覆盖论域，避 免出现失控现象。
道理上讲，增加论域中的元素个数，即把等级细分， 可以提高控制精度，但受到计算机字长的限制，另外 要增加计算量。把等级分得过细，显得必要性不大。
操作人员或专家的控制经验是如何转化为数字控制器的 ？
控制思想： 如果水温偏高，就把燃气阀 关小；如果水温偏低，就把 燃气阀开大。
人类对热水器水温的调节
3.1 模糊控制的基本原理
模仿人类的调节经验，可以构造一个模糊控制系统来实现对热水器的控制。 用一个温度传感器来替代左手进行对水温的测量，传感器的测量值经 A/D变换后送往控制器。 电磁燃气阀代替右手和机械燃气阀作为执行机构，电磁燃气阀的开度 由控制器的输出经D/A变换后控制。 构造控制器，使其能够模拟人类的操作经验。
人类的控制规则 如果水温比期望值高，就把燃气阀关小； 如果水温比期望值低，就把燃气阀开大。
描述了输入（水温与期望值的偏差 e）和输出（燃气阀开度的增量 u） 之间的模糊关系R
3.1 模糊控制的基本原理
模糊值
规则库R
模糊值
模糊化
输入e
输出u
模糊推理
精确值
精确值
期望值 ＋
e AFra Baidu bibliotekD
－
温度 传感器
热水器
输入量和输出量论域的设计
同理，假如误差变化率的连续取值范围是ec=[ecL,ecH] ，控制量的连
续取值范围是u=[uL,uH] ，则量化因子kec和比例因子ku可分别确定如
下：
kec
2n ecH ecL
ku
uH uL 2l
在确定了量化因子和比例因子之后，误差e和误差变化率ec可通过 下式转换为模糊控制器的输入E和EC：
档级多，规则制定灵活，规则细致，但规则多、复杂， 编制程序困难，占用的内存较多； 档级少，规则少，规则实现方便，但过少的规则会使 控制作用变粗而达不到预期的效果。 因此在选择模糊状态时要兼顾简单性和控制效果。
3.1 模糊控制的基本原理
对输入量进行模糊化处理，包括确定语言变量和隶属函数
确定隶属函数（原则）
3.1 模糊控制的基本原理
输入量和输出量论域的设计
如何实现实际的连续域到有限整数离散域的转换？
通过引入量化因子ke、kec和比例因子ku来实现
期望值
＋ － y
e
d/dt
E
ke
ec
kec
EC
模糊 U 控制器
u
ku
实际中误差的连续取值范围是e=[eL,eH]，则：
ke
2m eH eL
3.1 模糊控制的基本原理
e的基本论域： [eL eH] ec的基本论域： [ecL ecH] u的基本论域： [uL uH]
精确量
3.1 模糊控制的基本原理
模糊化
输入量和输出量论域的设计
在模糊控制器的设计中，通常就把输入、输出量的论域定义 为有限整数的离散论域。例如，可以将E的论域定义为{-m, m+1, …, -1, 0, 1, …, m-1, m}；将EC的论域定义为{-n, n+1, …, -1, 0, 1, …, n-1, n}；将U的论域定义为{-l, -l+1, …, -1, 0, 1, …, l-1, l}。
反模糊化 u D/A
电磁阀
热水器水温模糊控制系统结构
3.1 模糊控制的基本原理
模糊控制原理框图
3.1 模糊控制的基本原理
3.1.2 模糊控制器的基本结构
模糊化
知识库
模糊推理
反模糊化
过过过
+ -
精
模
确 值
过
糊 值
过
过
过过过过
模 糊
过
精 确
值过 值
过
过
过过
模糊控制器
模糊控制器的构成框图
3.1 模糊控制的基本原理
?
为了提高实时性，模糊控制器常常以控制查询表的形式出现。 该表反映了通过模糊控制算法求出的模糊控制器输入量和输 出量在给定离散点上的对应关系。为了能方便地产生控制查 询表，在模糊控制器的设计中，通常就把输入输出的论域定 义为有限整数的离散论域。
3.1 模糊控制的基本原理
模糊化
输入量和输出量论域的设计
式中，< >代表取整运算（四舍五入）。
3.1 模糊控制的基本原理
输入量和输出量论域的设计
模糊控制器的输出U可以通过下式转换为实际的输出值u：
ukuUuH2uL
Ke选的较大时，系统的超调变大，过渡过程变长。 Ke增大， 相当于缩小了误差的基本论域，增大误差变量的控制作用。
Kec选的较大时，系统的超调变小，系统的响应速度变慢。
Ku选的过小时，系统动态响应过程变长，选择过大会导致系 统振荡。 Ku影响着控制器的输出，能过调整Ku可以改变被控 对象输入的大小。
3.1 模糊控制的基本原理
对输入量进行模糊化处理，包括确定语言变量和隶属函数
确定语言变量的语言值 通常在语言变量的论域上，将其划分为有限的几档。 例如，可将E、EC和U的划分为 {“正大（PB）”，“正中(PM)”，“正小（PS）”， “零（ZO）”，“负小（NS）”，“负中（NM）”， “负大（NB）”}七档。
模糊控制原理课件
第三章 模糊控制原理
模糊控制的基本原理 模糊控制系统的分类 模糊控制器设计 模糊控制的应用
第三章 模糊控制原理
3.1 模糊控制的基本原理
3.1.1 模糊基本思想
模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础 的一种智能控制方法，它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过 程的一种智能控制方法。
模糊化
将输入的精确量转化成为模糊量的过程称为模糊化
模糊化步骤
确定符合模糊控制器要求的输入量和输出量 常用的输入量是系统输出的误差（e）和误差的改变量 （ec），而输出量就是控制量（u）。
3.1 模糊控制的基本原理
模糊化
输入量和输出量论域的设计
基本论域
e ec u 的实际范围称为这些变量的基本论域
模糊化处理方法
模糊单点或单点模糊集合
如果输入值x0是准确的，那么通常将其模糊化为模糊单点，
即
A(x)10
xx0 xx0
离散化的输入论域 将确定的隶属函数曲线离散化，得到有限个点上的隶属度， 便构成了一个相应的模糊变量的模糊子集。
3.1 模糊控制的基本原理
有关论域的选择问题，一般误差论域m≥6，误差变化 论域n≥6，控制量的论域l≥7。
这是因为语言变量的词集多半选为七个（或八个）这 样能满足模糊集论域中所含元素个数为模糊语言词集 总数的二倍以上，确保模糊集能较好地覆盖论域，避 免出现失控现象。
道理上讲，增加论域中的元素个数，即把等级细分， 可以提高控制精度，但受到计算机字长的限制，另外 要增加计算量。把等级分得过细，显得必要性不大。
操作人员或专家的控制经验是如何转化为数字控制器的 ？
控制思想： 如果水温偏高，就把燃气阀 关小；如果水温偏低，就把 燃气阀开大。
人类对热水器水温的调节
3.1 模糊控制的基本原理
模仿人类的调节经验，可以构造一个模糊控制系统来实现对热水器的控制。 用一个温度传感器来替代左手进行对水温的测量，传感器的测量值经 A/D变换后送往控制器。 电磁燃气阀代替右手和机械燃气阀作为执行机构，电磁燃气阀的开度 由控制器的输出经D/A变换后控制。 构造控制器，使其能够模拟人类的操作经验。
人类的控制规则 如果水温比期望值高，就把燃气阀关小； 如果水温比期望值低，就把燃气阀开大。
描述了输入（水温与期望值的偏差 e）和输出（燃气阀开度的增量 u） 之间的模糊关系R
3.1 模糊控制的基本原理
模糊值
规则库R
模糊值
模糊化
输入e
输出u
模糊推理
精确值
精确值
期望值 ＋
e AFra Baidu bibliotekD
－
温度 传感器
热水器
输入量和输出量论域的设计
同理，假如误差变化率的连续取值范围是ec=[ecL,ecH] ，控制量的连
续取值范围是u=[uL,uH] ，则量化因子kec和比例因子ku可分别确定如
下：
kec
2n ecH ecL
ku
uH uL 2l
在确定了量化因子和比例因子之后，误差e和误差变化率ec可通过 下式转换为模糊控制器的输入E和EC：
档级多，规则制定灵活，规则细致，但规则多、复杂， 编制程序困难，占用的内存较多； 档级少，规则少，规则实现方便，但过少的规则会使 控制作用变粗而达不到预期的效果。 因此在选择模糊状态时要兼顾简单性和控制效果。
3.1 模糊控制的基本原理
对输入量进行模糊化处理，包括确定语言变量和隶属函数
确定隶属函数（原则）
3.1 模糊控制的基本原理
输入量和输出量论域的设计
如何实现实际的连续域到有限整数离散域的转换？
通过引入量化因子ke、kec和比例因子ku来实现
期望值
＋ － y
e
d/dt
E
ke
ec
kec
EC
模糊 U 控制器
u
ku
实际中误差的连续取值范围是e=[eL,eH]，则：
ke
2m eH eL
3.1 模糊控制的基本原理
e的基本论域： [eL eH] ec的基本论域： [ecL ecH] u的基本论域： [uL uH]
精确量
3.1 模糊控制的基本原理
模糊化
输入量和输出量论域的设计
在模糊控制器的设计中，通常就把输入、输出量的论域定义 为有限整数的离散论域。例如，可以将E的论域定义为{-m, m+1, …, -1, 0, 1, …, m-1, m}；将EC的论域定义为{-n, n+1, …, -1, 0, 1, …, n-1, n}；将U的论域定义为{-l, -l+1, …, -1, 0, 1, …, l-1, l}。
反模糊化 u D/A
电磁阀
热水器水温模糊控制系统结构
3.1 模糊控制的基本原理
模糊控制原理框图
3.1 模糊控制的基本原理
3.1.2 模糊控制器的基本结构
模糊化
知识库
模糊推理
反模糊化
过过过
+ -
精
模
确 值
过
糊 值
过
过
过过过过
模 糊
过
精 确
值过 值
过
过
过过
模糊控制器
模糊控制器的构成框图
3.1 模糊控制的基本原理
?
为了提高实时性，模糊控制器常常以控制查询表的形式出现。 该表反映了通过模糊控制算法求出的模糊控制器输入量和输 出量在给定离散点上的对应关系。为了能方便地产生控制查 询表，在模糊控制器的设计中，通常就把输入输出的论域定 义为有限整数的离散论域。
3.1 模糊控制的基本原理
模糊化
输入量和输出量论域的设计